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分體式(shi)标準孔闆(pan)流量計校(xiao)準方法
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摘(zhai)要:分體式(shi)标準孔闆(pan)流量計
在(zai)流量計量(liang)領域應用(yong)廣泛,幾何(he)檢測法主(zhu)要針對差(cha)壓式流量(liang)計
中标準(zhun)孔闆本身(shen)的幾何參(can)數;系數檢(jian)測法主要(yao)的測定。分(fen)體式标準(zhun)孔闆流量(liang)計由一次(ci)裝置和二(er)次裝置以(yi)相互獨立(li)的形式組(zu)成,故現行(hang)的三種檢(jian)測方法均(jun)不能完全(quan)适用于分(fen)體式标準(zhun)孔闆流量(liang)計的檢定(ding)或校準。在(zai)日常工作(zuo)實踐與分(fen)體式标準(zhun)孔闆流量(liang)計的特點(dian)基礎上,進(jin)行了适用(yong)于分體式(shi)标準孔闆(pan)流量計的(de)校準方法(fa),形成以單(dan)項校準與(yu)成套校準(zhun)相結合校(xiao)準方法,該(gai)校準方法(fa)更符合分(fen)體式标準(zhun)孔闆流量(liang)計的使用(yong)與結構特(te)點,保障分(fen)體式标準(zhun)孔闆流量(liang)計的準确(que)溯源。
0引言(yan)
分體式标(biao)準孔闆流(liu)量計由一(yi)次裝置和(he)二次裝置(zhi)兩部分組(zu)成,其中一(yi)次裝置由(you)标準孔闆(pan)、取壓裝置(zhi)和前後測(ce)量管以相(xiang)互獨立的(de)形式組成(cheng),二次裝置(zhi)由
差壓變(bian)送器
、
壓力(li)變送器
、溫(wen)度傳感器(qi)(或
溫度變(bian)送器
)和流(liu)量積算單(dan)元以相互(hu)獨立的形(xing)式組成。其(qi)測.量原理(li)爲:以标準(zhun)孔闆安裝(zhuang)在充滿流(liu)體的管線(xian)中爲依據(ju),裝入标準(zhun)孔闆後,流(liu)體流過孔(kong)闆,在孔闆(pan)的上遊側(ce)和下遊側(ce)之間産生(sheng)一個靜壓(ya)差,利用該(gai)壓差與流(liu)量的關系(xi),可以确定(ding)管道流體(ti)的流量(質(zhi)量流量或(huo)體積流量(liang))。分體式标(biao)準孔闆流(liu)量計以其(qi)優越的計(ji)量性能,在(zai)能源、化工(gong)等領域得(de)到了廣泛(fan)的應用,其(qi)組成如圖(tu)1所示。
分體式(shi)标準孔闆(pan)流量計結(jie)構簡單、牢(lao)固、性能穩(wen)定可靠、使(shi)用期限長(zhang)、價格低廉(lian),應用範圍(wei)特别廣泛(fan),在封閉管(guan)道的流量(liang)測量中适(shi)用于各種(zhong)場景。如,在(zai)流體方面(mian):适用于單(dan)相、多相、潔(jie)淨、髒污或(huo)粘性流體(ti)等;工作狀(zhuang)态方面:适(shi)用于常壓(ya)、高壓、真空(kong)、常溫、高溫(wen)、低溫等工(gong)況環境等(deng);管徑方面(mian):适用于從(cong)幾mm到幾m的(de)管道;流動(dong)條件方面(mian):适用于亞(ya)音速、音速(su)、脈動流等(deng)流體流動(dong)狀态。其在(zai)各工業測(ce)量現場的(de)用量約占(zhan)流量計總(zong)用量的1/4~1/3。
分(fen)體式标準(zhun)孔闆流量(liang)計如此大(da)的應用體(ti)量,使其校(xiao)準的需求(qiu)量非常巨(ju)大,其檢測(ce)數據的要(yao)求越來越(yue)高。目前國(guo)内對分體(ti)式标準孔(kong)闆流量計(ji)的檢定或(huo)校準工作(zuo)一“直參考(kao)JJG640-2016《差壓式流(liu)量計》開展(zhan),其提供的(de)三種檢測(ce)方法,即幾(ji)何檢測法(fa)、系數檢測(ce)法和示值(zhi)誤差檢測(ce)法,其針對(dui)的測量對(dui)象各自不(bu)同:幾何檢(jian)測法主要(yao)針對差壓(ya)式流量計(ji)中标準孔(kong)闆本身的(de)幾何參數(shu);系數檢測(ce)法主要針(zhen)對差壓式(shi)流量計的(de)節流裝置(zhi),即前述的(de)一.次裝置(zhi);示值誤差(cha)檢測法主(zhu)要針對一(yi)體式差壓(ya)流量計進(jin)行流量計(ji)示值誤差(cha)的測定。
而(er)分體式标(biao)準孔闆流(liu)量計由一(yi)次裝置(由(you)标準孔闆(pan)、取壓裝置(zhi)和前後測(ce)量管組成(cheng))和二次裝(zhuang)置以相互(hu)獨立的形(xing)式組成,與(yu)JJG640規程所述(shu)三種檢測(ce)方法适用(yong)對象并不(bu)完全相符(fu),故該文針(zhen)對分體式(shi)标準孔闆(pan)流量計的(de)結構特點(dian),探究了适(shi)用于分體(ti)式标準孔(kong)闆流量計(ji)的校準方(fang)法,該方法(fa)将不僅關(guan)注分體式(shi)标準孔闆(pan)流量計各(ge)組成部分(fen)的檢定校(xiao)準,還關.注(zhu)各部分組(zu)成整套流(liu)量計後的(de)整體校準(zhun),更符合分(fen)體式流量(liang)計的結構(gou)特點和校(xiao)準操作。
1校(xiao)準準備工(gong)作
在分體(ti)式标準孔(kong)闆流量計(ji)的校準方(fang)法探究中(zhong),結合工作(zuo)現場的實(shi)際情況,分(fen)體式标準(zhun)孔闆流量(liang)計的校準(zhun)工作分三(san)步進行。第(di)一步,标準(zhun)孔闆檢定(ding)/校準及安(an)裝确認;第(di)二步,配套(tao)二次裝置(zhi)各組成單(dan)元的單項(xiang)校準;第三(san)步,成套校(xiao)準。在校準(zhun)前需要對(dui)分體式标(biao)準孔闆流(liu)量計的要(yao)求、校準環(huan)境及标準(zhun)設備探讨(tao)說明。
1.1技術(shu)要求
分體(ti)式差壓流(liu)量計中,标(biao)準孔闆應(ying)有設計計(ji)算書、首檢(jian)證書(或測(ce)試報告)、安(an)裝使用說(shuo)明書等技(ji)術文件,周(zhou)期檢定/校(xiao)準的流量(liang)計還應有(you)前次檢測(ce)/校準的檢(jian)測報告/校(xiao)準證書;所(suo)配流量積(ji)算單元應(ying)有首檢證(zheng)書(或測試(shi)報告)、參數(shu)設置清單(dan)、使用說明(ming)書等技術(shu)文件,周期(qi)檢定/校準(zhun)的流量計(ji)還應有前(qian)次檢測/校(xiao)準的檢測(ce)報告/校準(zhun)證書;所配(pei)壓力變送(song)器、差壓變(bian)送器、溫度(du)變送器應(ying)有首檢證(zheng)書(或測試(shi)報.告)、使用(yong)說明書等(deng)技術文件(jian),周期檢定(ding)/校準的流(liu)量計還應(ying)有前次校(xiao)準的校準(zhun)證書。
1.2校準(zhun)條件
1.2.1環境(jing)條件
溫度(du):(5~40)℃;
大氣壓力(li):(86~106)kPa;
相對濕度(du):(45~75)%RH。
1.2.2标準孔闆(pan)
标準孔闆(pan)有檢定證(zheng)書(幾何檢(jian)定、流出系(xi)數檢定/校(xiao)準)且在JJG640-2016中(zhong)7.5規定的檢(jian)定周期内(nei)或具備現(xian)場進行幾(ji)何檢定的(de)條件。
1.2.3标準(zhun)孔闆的安(an)裝
前後直(zhi)管段符合(he)GB/T2624.2-2006中6.2規定的(de)最短要求(qiu);管道圓度(du)與圓柱度(du)符合GB/T2624.2-2006中6.4規(gui)定的要求(qiu);一次裝置(zhi)和夾持環(huan)的位置符(fu)合GB/T2624.2-2006中6.5規定(ding)的要求;差(cha)壓取壓口(kou)符合GB/T2624.2-2006中5.2規(gui)定的要求(qiu);管道内徑(jing)、直徑比、雷(lei)諾數的範(fan)圍及管道(dao)粗糙度符(fu)合GB/T2624.2-2006中5.3.1規定(ding)的使用限(xian)制要求,可(ke)壓縮流體(ti)還應P2/P1≥0.75。
若測(ce)量介質爲(wei)天然氣,标(biao)準孔闆的(de)安裝應滿(man)足GB/T21446-2008《用标準(zhun)孔闆流量(liang)計測量天(tian)然氣流量(liang)》的要求。
1.2.4導(dao)壓管
導壓(ya)管的敷設(she)有利于差(cha)壓信号準(zhun)确傳導且(qie)取壓閥、平(ping)衡閥處于(yu)正确的開(kai)/關狀态。
1.3校(xiao)準設備
1.3.1壓(ya)力标準器(qi)(壓力校驗(yan)儀)
壓力發(fa)生範圍:能(neng)覆蓋被校(xiao)準壓力送(song)器量程或(huo)實際壓力(li)測量範圍(wei);控制穩定(ding)性:<0.005%FS;目标壓(ya)力穩定持(chi)續時間:>5min。
1.3.2溫(wen)度标準器(qi)(恒溫槽或(huo)溫度校驗(yan)儀)
溫度發(fa)生範圍:能(neng)覆蓋被校(xiao)準溫度送(song)器/溫度傳(chuan).感器實際(ji)溫度測量(liang)範圍;準确(que)度:≤±0.5C;顯示分(fen)辨率:0.01℃;溫場(chang)波動:±0.03℃/15分鍾(zhong);水平溫場(chang):±0.05℃;垂直溫場(chang):≤0.5℃。
1.3.3差壓标準(zhun)器(差壓校(xiao)驗儀)
差壓(ya)發生範圍(wei):能覆蓋被(bei)校準差壓(ya)送器量程(cheng)或實際差(cha)壓測量範(fan)圍;控制穩(wen)定性:<0.005%FS;目标(biao)壓力穩定(ding)持續時間(jian):>5min;控制響應(ying)時間:<30s。
1.3.4标準(zhun)電阻箱
量(liang)程:0~400.000Ω;分辨率(lü):10mΩ;準确度:不(bu)低于0.02%RD+0.02Ω。
1.3.5直流(liu)信号源
可(ke)輸出三路(lu)DC(0~20)mA連續可調(diao)信号;量程(cheng):0~22.0000mA;分辨率:1μA;準(zhun)确度:不低(di)于0.02%RD+1μA;穩定度(du):0.05%12h。
2校準項目(mu)與校準方(fang)法
2.1校準項(xiang)目
校準項(xiang)目見表2,分(fen)體式标準(zhun)孔闆流量(liang)計單次校(xiao)準應包括(kuo)單項校準(zhun)和成套校(xiao)準兩項。
2.2校(xiao)準方法
2.2.1标(biao)準孔闆檢(jian)定/校準及(ji)安裝确認(ren)
(1)标準孔闆(pan)現場檢定(ding)校準
若标(biao)準孔闆有(you)有效溯源(yuan)證書,且是(shi)幾何檢測(ce)法溯源證(zheng)書,則可依(yi)據JJG640-2016《差壓式(shi)流量計》5.1條(tiao)評估标準(zhun)孔闆引入(ru)的标準不(bu)确定度分(fen)量,依據附(fu)錄B計算标(biao)準孔闆流(liu)出系數;
若(ruo)标準孔闆(pan)有有效溯(su)源證書,且(qie)是系數檢(jian)測法溯源(yuan)證書,則可(ke)依據溯源(yuan)證書的結(jie)果評估标(biao)準孔闆引(yin)入的标準(zhun)不确定度(du)分量及計(ji)算流出系(xi)數;
若标準(zhun)孔闆無有(you)效溯源證(zheng)書,且幾何(he)檢測法可(ke)以滿足其(qi)不确定度(du)要求,則可(ke)參照JJG640-2016《差壓(ya)式流量計(ji)》7.1條對其進(jin)行現場校(xiao)準。
标準孔(kong)闆流量計(ji)中适用的(de)标準孔闆(pan),在實際使(shi)用時.應根(gen)據實際使(shi)用溫度t對(dui)标準孔闆(pan)喉部直徑(jing)d,進行修正(zheng)使用。
若标(biao)準孔闆無(wu)有效的溯(su)源證書,且(qie)幾何檢測(ce)法不能滿(man)足其不确(que)定度要求(qiu),則可參照(zhao)JJG640-2016《差壓式流(liu)量計》7.2條對(dui)其進行系(xi)數校準,校(xiao)準結果應(ying)給出标準(zhun)節流件流(liu)出系數計(ji)算公式及(ji)标準不确(que).定度。
(2)技術(shu)文件核驗(yan)
核驗檢定(ding)/校準證書(shu)的标準孔(kong)闆各項參(can)數與待校(xiao)準流量計(ji)标準孔闆(pan)是否一緻(zhi)且在規定(ding)的有效期(qi)内。
核驗檢(jian)定/校準證(zheng)書給出的(de)測試數據(ju)(如開孔.徑(jing)或流出系(xi)數等)是否(fou)符合設計(ji)計算書、GB/T2624(或(huo)GB/T21446)及JJG640相關規(gui)定。核驗設(she)計計算書(shu)給出的流(liu)量範圍是(shi)否能涵蓋(gai)實際流量(liang)測量範圍(wei)。
核驗設計(ji)的差壓量(liang)程是否能(neng)涵蓋實際(ji)或設計流(liu)量範圍相(xiang)對應的差(cha)壓測量範(fan)圍(依據設(she)計書給出(chu)的标準孔(kong)闆設計參(can)數與用戶(hu)提供的實(shi)際溫度、壓(ya)力核算實(shi)際或設計(ji)流量範圍(wei)相對應的(de)差壓測量(liang)範圍,當實(shi)際或設計(ji)流量範圍(wei)相對應的(de)差壓測量(liang)範圍大于(yu)差壓設計(ji)量程或低(di)于差壓設(she)計量程的(de)1/2,應按實際(ji)或設計流(liu)量範圍相(xiang)對應的差(cha)壓測量範(fan)圍調整差(cha)壓量程。)
核(he)驗參數設(she)置清單中(zhong)的溫度、壓(ya)力量程是(shi)否與溫度(du)、壓力變送(song)器設置一(yi)緻且能涵(han)蓋實際測(ce)量範圍。核(he)驗設計計(ji)算書及參(can)數設置清(qing)單中其它(ta)參數與實(shi)際工作條(tiao)件是否一(yi)緻(被校準(zhun)節流式流(liu)量計參數(shu)設置清單(dan)一般包括(kuo):标準節流(liu)件型式、被(bei)測介質類(lei)型、流量計(ji)算方法/标(biao)準、物性值(zhi)計算方法(fa)/标準、管道(dao)材質、管道(dao)内徑、節流(liu)件材質、節(jie)流件開孔(kong)徑、溫度量(liang)程上下限(xian)、壓力量程(cheng)上下限、差(cha)壓量程上(shang)下限、瞬時(shi)流量單位(wei)、累積流量(liang)單位及設(she)計溫度、設(she)計壓力、設(she)計最大流(liu)量等内容(rong)。)
(3)安裝使用(yong)條件核驗(yan)
現場核驗(yan)标準節流(liu)裝置安裝(zhuang)方式(水平(ping)或垂.直)、前(qian)後直管段(duan)長度、與工(gong)藝管道的(de)同心度、差(cha)壓管路的(de)引出與敷(fu)設方式、法(fa)蘭與夾持(chi)環的位置(zhi)等,核驗其(qi)是否符合(he)GB/T2624-2006(若測量介(jie)質爲天然(ran)氣,應滿足(zu)GB/T21446-2008的要求)與(yu)JJG640-
2016的規定要(yao)求。
2.2.2單項校(xiao)準
(1)溫度變(bian)送器檢定(ding)/校準
在确(que)認被校準(zhun)溫度變送(song)器量程與(yu)參數設置(zhi)清單中溫(wen)度量程上(shang)下限--緻後(hou),使用溫度(du)标準器(恒(heng)溫槽或溫(wen)度校驗儀(yi))按照JJF1183-2007溫度(du)變送器校(xiao)準規範進(jin)行。
(2)差壓變(bian)送器檢定(ding)/校準
在确(que)認被校準(zhun)差壓變送(song)器量程與(yu)參數設置(zhi)清單中差(cha)壓量程上(shang)下限一緻(zhi)後,使用壓(ya)力标準器(qi)(壓力校驗(yan)儀)按照JJG882-2019壓(ya)力變送器(qi)檢定規程(cheng)進行。
(3)壓力(li)變送器.
在(zai)确認被校(xiao)準壓力變(bian)送器量程(cheng)與參數設(she)置清單中(zhong)壓力量程(cheng)上下限一(yi)緻後,使用(yong)壓力标準(zhun)器(壓力校(xiao)驗儀)按照(zhao)JJG882-2019壓力變送(song)器檢定規(gui)程進行。
(4)流(liu)量積算儀(yi)
在确認被(bei)檢測/校準(zhun)流量積算(suan)單元中的(de)設置參數(shu)與參數設(she)置清單對(dui)應參數一(yi)緻後,按照(zhao)JJC1003-2016中7.3.2的規定(ding)進行。
(4)流量(liang)積算儀
在(zai)确認被檢(jian)測/校準流(liu)量積算單(dan)元中的設(she)置參數與(yu)參數設置(zhi)清單對應(ying)參數--緻後(hou),按照JJC1003一2016中(zhong)7.3.2的規定進(jin)行。
檢測/校(xiao)準前按下(xia)圖連接好(hao)線,通常被(bei)檢儀表通(tong)電預熱10min。如(ru)産品說明(ming)書對預熱(re)時間另有(you)規定的,則(ze)按說明書(shu)規定的時(shi)間預熱
①瞬(shun)時流量校(xiao)準
校準點(dian)取下限流(liu)量所對應(ying)的差壓值(zhi)和.上限流(liu)量25%、50%、75%、100%所對應(ying)的差壓值(zhi)附近,以上(shang)校準點是(shi)在設計狀(zhuang)态下;對于(yu)具有壓力(li)、溫度補償(chang)功能的,另(ling)外應在壓(ya)力不變,溫(wen)度在設計(ji)範圍内任(ren)取兩點,溫(wen)度不變,壓(ya)力在設計(ji)範圍内任(ren)取兩點,流(liu)量爲最大(da)情況下分(fen)别進行校(xiao)準。
按選取(qu)校準點,流(liu)量積算單(dan)元做一次(ci)測量。按下(xia)式計算每(mei)個檢測/校(xiao)準點的相(xiang)對誤差。
式(shi)中:Ei爲第i檢(jian)測/校準點(dian)的相對誤(wu)差;qi爲第i檢(jian)測/校準點(dian)積算單元(yuan)的示值;qsi爲(wei)第i檢測/校(xiao)準點的瞬(shun)時流量的(de)理論計算(suan)值。
其中,qsi的(de)計算應根(gen)據标準孔(kong)闆的參數(shu)及被測介(jie)質在校準(zhun)點的操作(zuo)條件,依據(ju)國家有關(guan)标準和計(ji)量檢定規(gui)程進行計(ji)算(或使用(yong)通過法定(ding)計量檢定(ding)單位認證(zheng)的計算軟(ruan)件進行計(ji)算)。介質物(wu)性值計算(suan)應符合JJG1003-2016附(fu)錄A.2的規定(ding)。
②補償參量(liang)校準
試驗(yan)點取零點(dian)、0.25Amax、0.5Amax、0.75Amax、Ama。其中,Amx爲模(mo)拟輸入信(xin)号的上限(xian)值。對于溫(wen)度信号采(cai)用熱電阻(zu)和熱電偶(ou)的.Amax取設計(ji)任務書溫(wen)度上限。
按(an)選取校準(zhun)點,流量積(ji)算單元作(zuo)一次測量(liang)。按下式計(ji)算每個校(xiao)準點誤差(cha)。
式中:EAi爲第(di)i校準點的(de)誤差;Ai爲第(di)i校準點流(liu)量積算單(dan)元的示值(zhi);A.爲第i校準(zhun)點輸入信(xin)号對,應的(de)理論計算(suan)值;Amax.爲輸入(ru)信号上限(xian)對應的理(li)論計算值(zhi)。
2.2.3成套校準(zhun)
在确認被(bei)校準的分(fen)體式标準(zhun)孔闆流量(liang)計的變送(song)器及流量(liang)積算單元(yuan)中的設置(zhi)與參數設(she)置清單對(dui)應參.數一(yi)緻後,參照(zhao)JJG1003-2016中7.3.2.1的相關(guan)規定進行(hang)。
二次裝置(zhi)保持實際(ji)工作連接(jie)狀态,将溫(wen)度傳感器(qi)放入溫度(du)标準器(恒(heng)溫槽等)中(zhong),壓力變送(song)器與壓力(li)标準器(壓(ya)力校驗儀(yi))連接,差壓(ya)變送器與(yu)差壓标準(zhun)器(差壓校(xiao)驗儀)連接(jie),通電預熱(re)10min。
(1)瞬時流量(liang)檢測/校準(zhun)
校準點取(qu)下限流量(liang)所對應的(de)差壓值和(he)上限流量(liang)25%、50%、75%、100%所對應的(de)差壓值附(fu)近,以上校(xiao)準點是在(zai)設計狀态(tai)下;對于具(ju)有壓力、溫(wen)度補償功(gong)能的,另外(wai)應在壓力(li)不變,溫度(du)在設計範(fan)圍内任取(qu)兩點,溫度(du)不變,壓力(li)在設計範(fan)圍内任取(qu)兩點,流量(liang)爲最大情(qing)況下分别(bie)進行校準(zhun)。
按選取校(xiao)準點,做一(yi)次測量。按(an)下式計算(suan)每個流量(liang)點的誤差(cha)。
式中:Ei爲第(di)i校準點的(de)相對誤差(cha);qi爲第i校準(zhun)點二次裝(zhuang)置的示值(zhi);qsi爲第i校準(zhun)點的瞬時(shi)流量的理(li)論計算值(zhi)。
其中,qsi的計(ji)算應根據(ju)标準節流(liu)件的型式(shi)及被測介(jie)質在檢測(ce)/校準點的(de)操作條件(jian),依據國家(jia)有關标準(zhun)和計量檢(jian)定規程進(jin)行計算(或(huo)使用通過(guo)法定計量(liang)檢定單位(wei)認證的計(ji)算軟件進(jin)行計算)。介(jie)質物性值(zhi)計算應符(fu)合JJG1003-2016附錄A.2的(de)規定。
(2)溫度(du)、壓力差壓(ya)測量通道(dao)校準
試驗(yan)點取零點(dian)、0.25Amax、0.5Amax、0.75....max、Amax、Amax。其中,Amax分别(bie)爲溫度、壓(ya)力、差壓變(bian)送器上限(xian)值。
按選取(qu)校準點,作(zuo)一次測量(liang)。按下式計(ji)算每個校(xiao)準點誤差(cha)。
式中:Ei爲第(di)i校準點的(de)誤差;Ai爲第(di)i校準點二(er)次裝置的(de)示值;A爲第(di)i校準點輸(shu)入的标準(zhun)信号(溫度(du)、壓力、差壓(ya))值;Amax爲輸入(ru)的标準信(xin)号(溫.度、壓(ya)力、差壓).上(shang)限值。
3結論(lun)與展望
在(zai)大量現場(chang)工作與工(gong)程實際的(de)基礎上對(dui)分體式标(biao)準孔闆流(liu)量計的校(xiao)準方法,即(ji)針對分體(ti)式标準孔(kong)闆流量計(ji)的構成特(te)點,采用單(dan)項校準與(yu)成套校準(zhun)相結合校(xiao)準方式,解(jie)決了規程(cheng)中規定的(de)三種方法(fa)無法完全(quan)解決分體(ti)式标準孔(kong)闆流量計(ji)實際校準(zhun)的問題,形(xing)成了更爲(wei)合理的分(fen)體式标準(zhun)孔闆流量(liang)計的校準(zhun)方法提高(gao)了其校準(zhun)工作的效(xiao)率。在該文(wen)确定了校(xiao)準方法之(zhi)後,下一步(bu)将對此校(xiao)準方法的(de)不确定度(du)進行分析(xi),并在工作(zuo)中對此方(fang)法進行檢(jian)驗,對其實(shi)用性和合(he)理性進一(yi)步驗證。
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